CN102882735B - 一种mstp切换方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明还提供一种MSTP切换方法，应用于网络设备上，该方法包括如下步骤：步骤A、运行MSTP状态机执行端口角色选择并计算出网络设备上各端口MSTP信息；步骤B、在网络拓扑稳定时将MSTP关键数据从主设备备份到备用设备上；步骤C、在发生主备切换时，在虚拟环境下根据备用设备上保存的MSTP关键数据恢复各端口信息，通过指定端口对外发送保活报文，允许数据报文通过并限制其他端口发送MSTP协议报文。本发明在发生主备切换时，不是立刻重新运行MSTP状态机，而是转入虚拟环境下运行MSTP状态机，通过仅仅允许部分协议报文的转发避免了MSTP状态机重新计算进而导致数据业务中断的问题。

Description

一种MSTP切换方法及装置

技术领域

本发明涉及数据通信领域，尤其涉及一种主备切换时MSTP状态机的切换方法及装置。

背景技术

网络的稳定性是衡量组网质量的重要依据，每一个新的网络技术被应用的前提便是保证网络稳定。随着科技的发展，互联网的应用规模迅速扩大，面对更加复杂的组网结构和庞大的用户数量，网络的稳定性面对着巨大的挑战，这使得网络的稳定性提到了新的高度。

对于二层网络的稳定性来说，保证二层网络无环拓扑以避免网络风暴是最为重要的。二层网络中通常会采用各种生成树协议或者各种环网协议来避免二层组网发生环路，以保证网络业务的稳定性。MSTP协议一种非常常见的生成树协议，其相对于传统的STP而言，收敛速度更加快速，而且支持多实例，因此可以充分利用到整个网络中的链路带宽资源。但MSTP协议遇到突发网络状况时，比如主备切换这样的突然情况，仍然会造成MSTP端口角色重新选举。虽然MSTP收敛时间迅速，但如果当前设备作为汇聚设备，由于其在网络中的位置比较靠上，短暂的拓扑震荡对于网络上传输的数据业务来说也是致命的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种MSTP切换装置，应用于网络设备上，所述网络设备包括主设备以及备用设备，所述备用设备在主设备故障时接替所述主设备成为新的主设备，该装置包括：切换控制单元、数据备份单元、虚拟MSTP单元以及MSTP处理单元，其中：

MSTP处理单元，用于运行MSTP状态机执行端口角色选择并计算出网络设备上各端口MSTP信息。

数据备份单元，用于在网络拓扑稳定时将MSTP关键数据从主设备备份到备用设备上；

虚拟MSTP单元，用于在发生主备切换时，根据备用设备上保存的MSTP关键数据恢复各端口信息，通过指定端口对外发送保活报文，允许数据报文通过并限制其他端口发送MSTP协议报文。

本发明还提供一种MSTP切换方法，应用于网络设备上，所述网络设备包括主设备以及备用设备，所述备用设备在主设备故障时接替所述主设备成为新的主设备，该方法包括如下步骤：

步骤A、运行MSTP状态机执行端口角色选择并计算出网络设备上各端口MSTP信息；

步骤B、在网络拓扑稳定时将MSTP关键数据从主设备备份到备用设备上；

步骤C、在发生主备切换时，在虚拟环境下根据备用设备上保存的MSTP关键数据恢复各端口信息，通过指定端口对外发送保活报文，允许数据报文通过并限制其他端口发送MSTP协议报文。

本发明在网络设备发生主备切换时，不是立刻重新运行MSTP状态机，而是转入虚拟环境下运行MSTP状态机，通过仅仅允许部分协议报文的转发避免了网络中其他设备因感知拓扑变化而运行MSTP状态机重新计算进而导致数据业务中断的问题。

附图说明

图1是本发明一种实施方式中MSTP切换单元的逻辑结构图。

图2是本发明一种实施方式中MSTP切换流程图。

具体实施方式

针对背景技术提到的技术问题，本发明提供一种MSTP平滑切换方案。请参考图1，本发明在一种实施方式中提供一种MSTP切换装置，应用于网络设备上，其中该网络设备包括主设备以及备用设备，其中主设备以及备用设备可以是主控板与备用主控板，也可以是主用虚拟设备与备用虚拟设备。主设备发生故障时，备用设备可以根据切换机制（也可连接为重新选举机制）接管所述主设备，成为新的主设备。该装置包括：数据备份单元、虚拟MSTP单元以及MSTP处理单元。在优选的实施方式中，主设备以及备用设备上均设有上述MSTP切换装置，由于主设备与备用设备是对称的，这样无论主设备与备用设备之间如何进行角色的切换，本发明均可以相应完成所述MSTP切换流程。请参考图2，该装置运行于网络设备时，执行如下步骤：

步骤101，MSTP处理单元运行MSTP状态机执行端口角色选择并计算出网络设备上各端口MSTP信息；

步骤102，数据备份单元在网络拓扑稳定时，将每个MSTP实例的MSTP关键数据从主设备备份到备用设备上；

在初始时或者网络拓扑发生变化时，MSTP处理单元可以按照标准的方式运行MSTP状态机来进行端口角色选举，确定网络设备各个端口的角色，比如说根端口、指定端口、备份端口、替换端口等，并生成各个实例下各端口MSTP信息（以下简称端口信息）。步骤101具体实现可以参考现有技术来实现。在网络拓扑稳定时，本发明需要将一些关键数据从主设备保存到备用设备上。所述关键数据包括本网络设备每个实例上的根端口信息、替换端口角色信息。其中根端口信息可以协助在模拟环境下计算出其他端口的信息。MSTP是多实例的生成树协议，所谓的端口角色是面向实例而言的，本发明并不受限于实例的多寡，因此后续不再强调。

步骤103，当网络设备上发生主备切换时，备份设备上的虚拟MSTP单元根据自身保存的每个MSTP实例的关键数据恢复每个实例的各端口MSTP信息，通过指定端口对外发送保活报文，允许数据报文通过并限制其他端口发送MSTP协议报文；

发生主备切换时，本发明并不是像现有技术那样转入MSTP处理单元进行处理，那样除了自身需要运行MSTP状态机来重新计算各个实例中的端口信息，而且还会引发网络中其他设备感知拓扑变化而重新计算自身的端口信息，这样会导致网络对报文的转发业务中断。本发明虚拟MSTP单元其实是在虚拟环境下运行MSTP状态机，与MSTP处理单元不同的是，其会控制对外发送协议报文。虚拟MSTP单元首先会根据之前备份的关键数据恢复出各个端口信息，然后让指定端口对外发送保活报文（比如Hello time报文），这样可以避免网络中其他设备感知到本网络设备的变化而重新计算端口信息。限制其他协议报文的发送尤其是限制其他端口（主要是替换端口）对外发送MSTP协议报文可以避免状态机运行出错。由于本网络设备并不限制数据报文的转发，而其他网络设备又没有感知到本网络设备的变化，因此整个网络中数据报文的转发不受影响，业务并没有因此而中断。而限制其他端口，主要是限制替换端口向外发送MSTP协议报文。

步骤104，虚拟MSTP单元在主备切换之后继续通过根端口接收MSTP协议报文，并根据接收到的MSTP协议报文计算出各端口信息；

步骤105，虚拟MSTP单元比较步骤103与步骤104中得到的各端口信息是否一致，如果是则接受该端口信息并开放其他端口上对MSTP协议报文的转发，否则转步骤101由MSTP处理单元处理。

事实上，步骤103至105之中，虚拟MSTP单元进行每个操作之前都可以判断是否发生网络拓扑变化，如果是则退出当前步骤的处理，通知MSTP处理单元按照传统方式去处理。因为网络中其他设备以及链路的状态是本网络设备无法控制的，虽然步骤103至105的时间很短，但是在优选的实施方式中，该装置还包括拓扑监控单元，拓扑监控单元可以通过是否收到TC报文来判断网络拓扑是否已经发生变化，如果收到TC报文则表明网络拓扑发生了变化，此时可以通知虚拟MSTP单元，以便于虚拟MSTP单元及时中止当前的任务转到MSTP处理单元处理。通知的方式有很多种，比如说可以更新一个内部的拓扑变化标记，以0表示拓扑无变化，1表示拓扑变化。这样一来虚拟MSTP单元可以在执行每个操作之前检查一下拓扑变化标记，如果拓扑标记表明网络拓扑已经发生变化，则没有必要继续，此时必须转回步骤101进行处理，MSTP处理单元将MSTP状态机运行到稳定状态后则可以更新相应的拓扑变化标记，将之变为0以表示当前拓扑无变化。虚拟MSTP单元的主要原理是基于短时间内网络拓扑很难发生变化来实现的，这样可以避免绝大部分主备切换引发的MSTP状态机重新计算端口信息的问题。因此引入拓扑监控机制这里可以确保极少数情况下计算结果依然准确。

对两次计算得到的各端口MSTP信息进行比较也是为了避免错误，因为一旦MSTP虚拟单元在步骤105计算出各端口MSTP信息前很短的时间内网络中其他网络设备发生故障或者链路故障引发拓扑变化，拓扑监控单元还未感知到拓扑变化，那么两次计算的结果会不一致，不进行比较而是用任意一个计算结果会导致端口角色错误，很可能引发广播风暴或业务中断等业务问题。一旦步骤103与步骤104的计算结果不一致，则说明拓扑发生了改变，此时需要回到步骤101去按照传统方式进行端口MSTP信息的计算。在计算结果一致的情况下，则不需要MSTP处理单元重新计算各个端口信息了，此时可以退出虚拟计算，由MSTP处理单元根据已经计算好的各端口信息继续运行MSTP状态机。

本发明在网络设备发生主备切换时，不是立刻重新运行MSTP状态机，而是转入虚拟环境下运行MSTP状态机，通过仅仅允许部分协议报文的转发避免了网络中其他设备因感知拓扑变化而运行MSTP状态机重新计算进而导致数据业务中断的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种MSTP切换装置，应用于网络设备上，所述网络设备包括主设备以及备用设备，所述备用设备在主设备故障时接替所述主设备成为新的主设备，该装置包括：切换控制单元、数据备份单元、虚拟MSTP单元以及MSTP处理单元，其特征在于：

MSTP处理单元，用于运行MSTP状态机执行端口角色选择并计算出网络设备上各端口MSTP信息；

数据备份单元，用于在网络拓扑稳定时将每个MSTP实例的MSTP关键数据从主设备备份到备用设备上；

拓扑监控单元，用于在判断网络拓扑发生了变化时，更新一个内部的拓扑变化标记，以通知虚拟MSTP单元网络拓扑发生了变化，并执行MSTP处理单元，在网络拓扑未发生变化时执行虚拟MSTP单元；

虚拟MSTP单元，用于在发生主备切换时，根据备用设备上保存的每个MSTP实例的MSTP关键数据恢复每个实例中各端口信息，通过指定端口对外发送保活报文，允许数据报文通过并限制其他端口发送MSTP协议报文。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，虚拟MSTP单元进一步用于继续通过根端口接收MSTP协议报文，并根据接收到的MSTP协议报文计算出各端口信息；比较根据关键数据恢复出的各端口信息与计算得到的各端口信息是否一致，如果是则接受该端口信息并开放其他端口上对MSTP协议报文的转发，否则转MSTP处理单元进行处理。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，关键数据至少包括根端口信息以及替换端口角色信息，所述虚拟MSTP单元，用于根据根端口信息计算出其他端口信息并根据替换端口角色信息确定替换端口。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置还包括拓扑监控单元，所述拓扑监控单元用于在拓扑发生变化时通知虚拟MSTP单元，所述虚拟MSTP单元用于在拓扑发生变化时退出运行，转由MSTP处理单元处理。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述拓扑监控单元，进一步用于通过是否接受到TC报文确实网络拓扑是否发生变化，其中拓扑监控单元在收到TC报文时确定网络拓扑发生变化。

6.一种MSTP切换方法，应用于网络设备上，所述网络设备包括主设备以及备用设备，所述备用设备在主设备故障时接替所述主设备成为新的主设备，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤A、运行MSTP状态机执行端口角色选择并计算出网络设备上各端口MSTP信息；

步骤B、在网络拓扑稳定时将MSTP关键数据从主设备备份到备用设备上；

步骤B1、在判断网络拓扑发生了变化时，更新一个内部的拓扑变化标记，以通知虚拟MSTP单元网络拓扑发生了变化，并执行MSTP处理单元，在网络拓扑未发生变化时执行虚拟MSTP单元；

步骤C、在发生主备切换时，在虚拟环境下根据备用设备上保存的MSTP关键数据恢复各端口信息，通过指定端口对外发送保活报文，允许数据报文通过并限制其他端口发送MSTP协议报文。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括：继续通过根端口接收MSTP协议报文，并根据接收到的MSTP协议报文计算出各端口信息；比较根据关键数据恢复出的各端口信息与计算得到的各端口信息是否一致，如果是则接受该端口信息并开放其他端口上对MSTP协议报文的转发，否则转步骤A处理。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，关键数据至少包括根端口信息以及替换端口角色信息，所述步骤C进一步包括：根据根端口信息计算出其他端口信息并根据替换端口角色信息确定替换端口。

9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤C进一步包括在监控到网络拓扑发生变化时退出运行转由步骤A处理。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤C中监控到网络拓扑变化通过是否接受到TC报文确实网络拓扑是否发生变化，其中在收到TC报文时确定网络拓扑发生变化。